1 引言

分离机械是实现固液分离、液-液分离以及液-液-固分离的设备，主要分为过滤机和离心机两大类。过滤分离是在推动力的作用下，将位于一侧的悬浮液（或含固体颗粒发热气体）中的流体（或气体）通过多孔介质的孔道向另一侧流动，颗粒被截留，从而实现流体与颗粒的分离操作过程；离心分离则是在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程。在工业生产中，由于分离机械具有过程连续、设备不复杂、操作简便、使用范围广、需求量大以及品种规格多等特点，再加之其分离成本较其他分离方式低，因而被广泛应用，在国民经济中具有重要作用，是化工、冶金、矿山、医药、生物和环保等部门不可缺少的重要技术装备。

2 应用现状与拓展

分离机械种类繁多，主要包括推料离心机、卧螺离心机、真空转鼓过滤机等，在节能环保（特别是工业减排和污水处理方面）、石油化工、医药食品、钢铁冶金、煤炭开采及其他矿山开采、城市地下工程等重要领域有着多种应用。

2.1 真空转鼓过滤机

真空转鼓过滤机是工业中应用较多的连续操作固液分离设备，广泛应用于化工、医药、矿山、食品等行业。

在淀粉转化生产葡萄糖的过程中，淀粉经过液化、糖化后需滤除糖液中的蛋白质及杂质，目前大多数企业通用的方法是采用真空转鼓过滤机预涂硅藻土进行吸附过滤。在硫酸法钛白粉生产中多道工序要用真空转鼓过滤机。

纯碱是重要而基础的化工原料之一，被称为工业之母。作为纯碱行业碳化出碱液分离的关键设备，真空转鼓过滤机自美国道尔-奥利弗首创以来，已经使用了整整一个世纪。中国作为世界纯碱大国，多年来在纯碱生产中一直采用真空转鼓过滤机。自上世纪80年代中期天津碱厂自主研发出第一代大型20㎡真空转鼓过滤机，20㎡真空转鼓过滤机即成为中国纯碱行业滤碱机主力机型。

在氧化铝生产过程中，赤泥浆的固液分离是重要的生产工序，国内外许多氧化铝厂将真空转鼓过滤机应用到赤泥过滤生产中，以实现赤泥与其附液的固液分离，回收以铝酸钠形式夹带于赤泥中的Na2O和Al2O3。中国铝业山东分公司还进行了真空转鼓过滤机赤泥高效过滤机的创新设计，研制了100㎡卸料辊式真空转鼓过滤机，减少碱液浪费，降低劳动强度，在氧化铝生产中得到了很好的应用。

真空转鼓过滤机是国内炼油厂酮苯脱蜡装置的主要设备之一，用于润滑油溶剂脱蜡和蜡溶剂脱油过程。国内炼油厂使用的真空转鼓过滤机主要机型为50㎡真空转鼓过滤机。

PTA即精对苯二甲酸，是聚酯生产的重要原料。我国PTA生产能力位居世界第一位。在PTA的生产工艺中，世界90%的PTA装置均采用真空转鼓过滤机来分离粗对苯二甲酸及PTA浆料。近年来随着国产真空过滤机技术的日趋成熟，扬子石化、中国石化上海石化公司等，在PTA装置精制单元增设国产真空过滤机系统，运行至今，设备运行稳定，过滤和洗涤效果明显优于原采用的离心机。真空过滤机投用后，PTA产品中的PT-酸含量得到了有效控制，不仅解决二线精制中PT-酸含量波动幅度大的难题，而且PT-酸的质量分数值也明显降低。保证了PTA单元安、稳、长、优、高负荷运行，经济效益显著，为PTA装置高负荷生产创造了良好条件。

2.2 离心机

2.2.1 卧螺离心机

卧式螺旋卸料沉降离心机（简称卧螺离心机）由于能够连续出料，生产能力大，对物料的适应性强，结构紧凑，占地面积少等特点，应用越来越广泛，其发展速度很快，在水处理和许多工业领域都有重要应用。

2.2.1.1 污水处理和污泥脱水

上海三得利啤酒将卧螺离心机应用于啤酒生产污泥脱水，发挥了卧螺离心机特长，性能优越，表现突出。我国抗生素工业及其他微生物发酵的发酵液过滤大都采用手动板框压滤机，设备较落后，劳动条件差，滤液纯度不高。石药集团中润制药公司利用卧螺离心机处理发酵液，取得了很好效果。河北中润制药公司将卧螺离心机应用于处理青霉素发酵废水，出水浓度达到COD降低50%，固形物去除在90%以上，效果令人满意。中国铝业山东分公司将卧螺离心机应用于拟薄水铝石生产表明，拟薄水老化液和一次浆液可用卧螺离心机进行固液二相离心沉降分离，自动化程度高，劳动强度低，占地面积小，能耗小并可改善环境。保定天鹅公司在粘胶废水处理过程中应用LW450-2150-N型卧螺离心机污泥脱水，能满足处理要求。

国外，美国圣骑士（Centrisys）离心机公司的卧螺离心机技术和性能代表了同行业的世界领先水平。是美国环保行业的卧螺离心机制造商，在全世界范围内为近400座污水处理设施提供了卧螺离心机及污泥脱水方案。成都天保公司与美国圣骑士合作研发的大长径比卧螺离心机技术参数国内领先，并达到了国际同类产品的先进水平。目前天保公司卧螺离心机转鼓直径可达1000mm，长径比达4.57。

卧螺离心机在处理污水时，污水易透过间隙进入轴承工作腔，造成轴承损坏。上海市离心机械研究所对卧螺离心机密封结构进行改造，采用新型孔用骨架油封，与O型密封圈配合，构成组合型密封结构，解决渗水问题引发的轴承使用寿命缩短的问题。成都天保公司创新设计了一种用于卧螺离心机轴承的新型密封结构，摩擦力小、密封可靠，有效地防止润滑油外泄和外界气、液体渗入轴承室，使主轴承始终处于良好的润滑状态，延长主轴承的使用寿命，改善离心机的运行状态。

2.2.1.2 白泥分离煤泥脱水

在氨碱厂蒸馏废液处理中，一个非常重要的工序是对废液中固体沉淀物的分离，即白泥的分离，卧螺离心机分离白泥在国外氨碱厂是成熟技术。澳大利亚PENRICE纯碱厂用卧螺离心机分离白泥后的清液完全达到排放标准，分离后的白泥可直接装车外运，省略了晾晒过程。国内青岛碱业公司与济南化机厂共同开发直径为φ800mm的大型卧螺离心机，并进行工业化试验，取得较好白泥分离效果。但也表明，处理氨碱法白泥，卧螺离心机的大型化十分必要。其直径至少要做到1m，这样1台1m的大型卧螺离心机的能力可以达到1台800㎡的板框压滤机的能力。卧螺离心机用于白泥的分离具有优势和发展前景。随着国内大型卧螺离心机的研发成功，其投资费用将大大降低，优势也将进一步显现。天地科技公司用WLL1000卧螺离心机在煤泥脱水回收应用，大大提高选煤厂粗煤泥脱水的生产效率，全面降低粗煤泥脱水成本，对促进选煤企业向环保节能型企业发展意义显著。

2.2.1.3 液-液-固三相分离

莱钢公司焦化厂等使用阿法拉伐公司生产的P2-520液-液-固三相卧螺离心机进行煤焦油处理，对焦油乳化问题处理效果明显，同时有效降低了沥青产品中铵盐含量，解决了沥青Na+含量，提高了产品质量。兰州石化公司使用德国福乐伟公司Z53-4/455型卧螺离心机，满足高悬浮物、大泥量催化剂污泥脱水，效果显著，解决了高悬浮物和高氨氮废水处理的环保难题，实现了催化剂污水达标排放。河南安钢焦化厂、石焦集团采用福乐伟Z4E-3/441型三相卧螺离心机进行焦油氨水分离和脱水脱渣，效果良好，达到了提高质量、节能减排，降低生产成本，提高经济效益的目的。

2.2.1.4 合成塑料及合成纤维生产

在合成塑料及合成纤维生产的分离设备中，卧螺离心机已成为关键设备之一。在PVC生产过程中，离心机运行是否正常，将影响干燥工序的生产能力及产品质量，严重时甚至会影响整个PVC装置的正常运行。目前，国内PVC行业均采用卧螺离心机来完成脱水工艺。新疆天业（基团）有限公司20万t/a PVC装置浆料脱水系统采用重庆江北机械公司与法国坚纳公司合作制造的D6NC卧螺离心机，处理能力大，满足生产需要。

2.2.2 推料离心机

推料式离心机具有诸多特性，适用于分离平均粒径大于0.05mm的各种颗粒，聚合物和短纤维状等悬浮液的连续脱水或洗涤，在许多场合已取代了真空转鼓过滤机和刮刀卸料离心机，可分离物料达200余种，已在化工、轻工、食品、医药等行业成功应用。

广重企业集团公司离心机研究所近年设计开发了HR500-NA双级推料离心机。具有当今国际同类型分离机的先进水平，其处理量相当于WH-800离心机处理量的3倍，且占地面积小。分离物料有铵盐、钾盐、三聚酰胺、聚苯乙烯等等。根据其结构特性和技术特征，可以替代WH-800离心机和刮刀离心机，实现产品的更新换代，市场前景可观。

我国近几年在用于纯碱分离的推料离心机研发方面取得了长足进步。2007年，成都天保公司研发的转鼓直径1米的大型卧式三级活塞推料离心机试车成功，填补了国内大型活塞推料离心机制造领域的空白。

随后，又相继开发了应用领域更大的大型二级柱锥式活塞推料离心机，推出“新型真空转鼓过滤机与三级活塞推料离心机组合工艺流程单元技术及装备”方案，“新型水合机与三级离心机配套工艺流程”重质纯碱生产方案，进一步扩大了大型离心机在纯碱行业的应用范围。拥有核心技术及自主知识产权的HS/HRZ三/二级活塞推料离心机φ1000及系列，已经占领纯碱行业重碱和一水碱分离离心机国产市场80%的份额，得到行业的广泛认可，产品综合技术水平已达到国际同期先进水平，可以替代进口产品。在真空转鼓滤碱机后配置推料离心机，对真空过滤后重碱进行二次分离，以进一步降低重碱水分并力求取得洗水的分离及得到二次利用。目前此工艺流程在纯碱行业中得到认可并逐渐得到推广。甘肃金昌化工集团引进成都天保公司HS1000-NA离心机，对真空过滤后重碱进行二次分离，大大改善了纯碱生产的各项工艺条件。

在芒硝生产中，广东南方碱业股份有限公司在离心干燥工序采用P-500双极推料离心机对无水芒硝进行脱水处理，运行一直很平稳，为公司带来了良好经济效益。青岛碱业公司在小苏打5万t/a扩建装置中采用国内HR630双级活塞推料式离心机，满足连续稳定的生产能力。并对设备关键部位进行改造，使整机性能得到突破性改进，几乎达到了进口同类机型的水平。小苏打环境效益大为改观，顺利通过了食品生产企业健康认证，提升了小苏打的品牌效应及市场竞争力，取得了较大的环境效益。在硫酸铵和碳酸氢铵生产中，结晶产品和母液的分离必须使用卧式活塞推料离心机。大化集团大连化工股份公司将HR630-NC双级活塞推料离心机用于氯化铵、盐浆的分离，具有生产效率高、使用寿命长等优点。

3 发展趋势及前景

分离作为生产中重要的后处理工序，对产品的质量有着显著的影响，而分离机械的性能又直接控制着分离效果的优劣，因此世界各国对分离机械的研究从未中止过。目前，随着能源、资源的日趋枯竭，环境的恶化，新行业的崛起，这都要求分离机械向高分离精度、节能方向发展，同时也为分离机械的发展提供了极大的机遇，促使分离机械有了进一步的、更为广阔的发展前景。

3.1 提高技术参数研制新机型新材料

为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性，众多新材料不断涌现。成都天保公司研制了一种用于制作离心机转鼓的强度高、耐腐蚀性好、材质稳定不变形并有良好加工性能的双相不锈钢。并申请了转鼓制作方法发明专利，克服了锻造和焊接的工艺缺陷，制作难度低，转鼓整体成形好，内部组织结构致密，变形量小，稳定性好，对国产卧螺离心机的大型化作出了贡献。德国Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料，具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点。这些材料用在诸如转鼓等回转件的制造上，可以在提高分离效果的同时，减轻重量，从而降低能耗。近年国内对分离机械的易损件，包括机壳、刮刀、螺旋叶片、出料腔等进行表面改性使用新型材料，延长其寿命，减轻维修工作量，节约维修费用。

当下，工业大型化的进程已越来越迫切，同时，出于提高设备工作效率、实现制品更高纯度及节能的目的，越来越多的高参数大规格机型逐步面世。如德国BHS公司推出的转鼓直径为2m、过滤面积为7.68㎡的转鼓加压过滤机。意大利Pieralisi公司推出的长径比5.12、转速3360r/min、分离因数2950、处理能力55000L/h的卧螺离心机。德国KMPTAG-G1公司推出的转鼓直径1.8m、转鼓长度1.25m、转鼓容积1350L、过滤面积7.07㎡、分离因数710、转速840r/min的刮刀卸料离心机等。

在提高参数的同时，世界各国也不断开发新结构机型。德国Westfalia公司的DiscDecanter，它首次在卧螺离心机中融合了碟式分离机技术。通过在卧螺离心机转鼓液相出口前放置碟片，有效地将卧螺离心机和碟式分离机各自的优点结合在一台机器中。碟片给液相提供了额外的、高效的二次澄清；同时残留在液相中的超细颗粒得以进一步被分离，然后返回到卧螺离心机中，与固体物质一起排出。这种结构的离心机，使分离效果变得更好，有效地减少了沉降面积，从而降低了空间需求与设备成本。国内成都天保公司通过对真空转鼓过滤机母液与洗后液分离、吹风卸料、主传动系统构造和错气头密封等关键技术进行改造，解决了困扰纯碱行业几十年的一些技术难题。随着材料技术的发展、真空技术的进步，新型带式真空过滤机成为用于纯碱生产的新型过滤装置。在欧洲的纯碱厂，在上世纪末或更早时间水平带式真空过滤机成为重碱过滤的主要设备。国内自上世纪80年代开始研究设计水平带式真空过滤机，形成独具特点的国产机型，达到了一定的技术水平。大连化工公司引进产自意大利的真空带式过滤机，于2009年10月开车成功，并进行改进，取得了好的效果。

3.2 多功能复合机型与成套系统新式产品问世

随着分离机械向大型化发展，如何用小的能耗提高其滤饼的脱水效果得到干的滤饼，或为后续的干燥工艺节能，已变得十分必要。各种组合机和专用机的问世一定程度上解决了这一问题。例如，带压榨隔膜的箱式压滤机增加干燥单元，采用机械压榨力脱液，可以使加压过滤后的滤饼更干，比直接干燥脱液大大节能，同时增加干燥单元，使滤饼在一个流程中达到工艺要求的干度。英国Euroby公司推出的CentriDry离心机，它将离心脱水和热烘干技术集合在一台机器上。上海离心机械研究所研制了新一代污泥脱水（浓缩脱水一体）高干度离心机LW530×2270NY成套设备，采用国际先进水平的大长径比、高转速、液压小差速系统，差速根据负载自动反馈调节，推料功率自动补偿使污泥得到双向挤压从而得到更高的干度。该成套设备与卧螺离心机和带式压滤脱水机相比，无论是在性能上还是在处理能力上，都远高于该厂的这两种机型，药耗和电耗也有不同程度降低，其性价比优于两种机型。天保公司将过滤机与活塞推料离心机组合使用，在大幅度降低重物料盐份、水份的同时，无须在过滤工序添加助滤剂，对节能降耗、增产增收带来巨大效益，一座年产30万吨的纯碱企业，一年可节约标准煤1.35万吨，可减少废液排放量1.5万吨，其技术工艺达到了国内领先、国际先进水平。该公司研发的大直径自身返碱蒸汽煅烧炉，与国内外同类产品相比也具有明显的节能降耗效果。天保公司还将卧螺离心机做成撬装式集成或车载式移动成套系统，集成卧螺离心机、进料泵、絮凝剂制备及稀释系统、干泥输送系统、控制系统、电线和管道等脱水处理需要的所有设备，减少安装时间，节省工程费用，减少设备占用空间，方便运输，应用于分散式脱水处理或者临时脱水项目。

3.3 设计研究方法的进步

进入新世纪后，节能、环保、高效成为新时期对分离机械的新要求。这一要求不仅仅体现在机器设备上，也体现在其设计研究、制造等过程中。

随着客户要求的多元化与个性化，分离机械更新换代速度变得越来越快，从设计到投放市场的周期也变得越来越短，传统二维设计的局限性越显突出。二维设计时，通过绘制多个视图来体现三维特征，以固定尺寸定义几何要素，修改时，必须重画线条，而设计过程中不可避免地要进行多次修改。大强度的重复劳动，不仅增加了设计难度，也延长了设计周期。三维实体设计以立体三维模型，实现形状、尺寸及装配关系的完整与准确，在设计阶段可视地进行干涉检测，及时发现各零部件间装配关系是否合理，进行实时修改，为实物的制作及装配提供一切必要的准备，降低了设计和加工制造难度。同时，还可以应用完成的模型与其他分析软件进行数据交换，进一步进行强度刚度等分析和优化设计。由三维模型而生成工程图，保证形状尺寸准确无误，尽可能地避免了绘图错误，将由图纸错误而造成的经济损失降低。由于三维实体设计能够直观地反映设计方案，在设计水平、设计效率、产品质量等方面有重大提升，目前国内主要分离机械厂家都已实现产品设计三维化，而且在不远的将来，三维实体设计会完全替代传统二维设计。

强度刚度设计是分离机械设计的重要内容。有限元法不受构件几何形状的约束，能直接对各个部位进行详细计算。被科研机构和大专院校采用，可以解决随着分离机械单机生产能力和分离因数的提高，结构设计中的强度、变形和振动等问题。用传统方法很难准确计算出如转鼓之类复杂的高速回转件的应力应变，需要对回转件结构做较大简化，得到的计算结果与实际差异较大。为能保证其安全运行，往往加大保险系数，使设计强度过大而造成浪费。尽管如此，仍然经常因设计强度不合理而引起应力集中，使其破坏甚至造成事故。用有限元法能够得到与实际情况比较相近的结果，能够直观的显示出转动部件各个部位的应力分布，使其结构能得到优化，得到制造成本和机器性能的平衡。四川大学与成都天保公司联合，通过对大长径比卧螺离心机转鼓系进行有限元分析，实现了离心机结构的优化。

3.4 对分离条件的智能化响应

工业生产中，进入机器进行分离操作的物料，其各组分含量不可能一直保持不变，每次进料组分的含量发生改变时，就需要机器停机，进行调整。而现代工业生产，一般是一个整体的流程，一旦其中某个环节出现中止，则整个流程都会被迫停滞，造成时间和金钱的浪费。因此，要求工作中的机器在不影响生产的前提下，具备能自动适应进料含量改变的能力。目前国外已在此方面有所进展。例如：德国Westfalia公司开发的VariPond系统，它能在运行中改变离心机液池深度，从而在进料改变时，也能保证恒定的排放浓度，而以往则是需要停机进行调整。意大利Pieralisi公司开发的离心机可移动投料系统和Rotovariator差速自动调节系统。前者可以实现随时调整投泥点的位置，在相当大的范围内调整进料在离心机内的停留时间，从而得到优秀的脱水效果，并节省絮凝剂的投加量以及电耗；后者可以根据离心机内的扭矩值的设定和变化，来调整离心机转鼓和螺旋的差转速，从而确保出泥含固率始终保持在设定值。国内汾矿集团洗煤厂对离心机进行了计算机控制研究；湖南大学进行了智能离心机通用开发平台的研究与实现。山东海化公司开发了纯碱装置先进控制系统，实现了自动化控制和优化生产，解决了常规控制中不易解决的多种难题，在能满足人们对生产过程的安全、高效、优质和低耗的要求，取得了可观的经济效益。但是，相较于国外，国内在此领域做出的研究还远远不够，而未来的分离机械势必应对分离条件具有智能化响应、具有自动适应分离条件改变的能力，因此急待国内的企业和学者在此领域做出更大努力才行。

4 结束语

目前，基本上各种行业都存在固液分离的工业要求，并且许多行业在工艺中存在固液分离困难、效率低、能耗高、效果差的难题。必须选用效率高、能耗少、噪音低、自动化程度高的固液分离设备，才能满足当前发展的需要。因此，需要在分离机械的基础理论研究上加大投入，从客户需求出发，提供个性化解决方案。同时重视产品的工业设计和可靠性设计，不断开发新机型和新材料，发展多功能集成化、大型化、专业化和自动化的产品。随着技术的发展，分离机械的研制技术将更科学、运行更可靠、更能满足不同行业的分离要求。